62
РАССКАЗ
О ВЕЛИКИХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ
Прав ли был Ньюотон, заявивший: «Нуто-
theses non fingo!» («Гипотез не изменяют!»)? Разве без гипотез может строиться наука? Как же тогда возникают научные теории, иден экспериментов? Кстати, что важнее, что, так сказать, первичнее — теория или эксперимент?
Эти вопросы волнуют не только специализов,
занимающихся историей и методологии науки, или самих исследователей,
личиным трудом участующего в развитию своей науки, но и всех тех, кто интересует научным прогрессом. Они же составляют как бы стержень повествания в небольшой книжке Г. Липсона *). Автор ее — не историк науки, не популяризатор. Он один из крупнейших английских физиков, известный своим исследованием строения твердых тел. А когда талантливый ученый рассказывает даже о таких веях, которые выходят за кругг его непредсказываемых интересов, он обычно делает это весьма оригинально.
«Книга Г. Липсона,— пишет в своем предисловии редактор русского издания В. И. Рыдник,— по существу — маленькая история физики, рассказанная с позиций физического эксперимента. Такой метод изложения неизбежно делает содержание книги фрагментарным, и она становится «сборником рассказов» о крупнейших опытах в физике за последние четыре века ее существования. Рассказов, не одинаковых по своей теме и подробностям: в одном случае акцент ставится на методике опыта, в другом — на экспериментальной установке, в третьем — на научных результатах и оценке ошибок опыта. Такое «сложное разнообразие» само по себе делает книгу Липсона занимаетной. В большой степени этому способствует и языкки книги — живой, эмпиональный, порой совсем разговорный…».
Перед нами, пожалуй, первая в мировой литературе книга, специально посвященная истории физического эксперимента. Почему Липсон решил написать такую книгу? Он сам дает ответ на этот вопрос:
«В сознание многих физиков каким-то образом проникло убеждание, что теория выше практики и что выдвинут новую теорию важнее, чем проведи решающий эксперимент. Эта точка зрения лишена всяких оснований. Часто такие эксперименты в основе своей просты, и последующие исследовательу упускают из виду, сколько изобретательности потребовалось, чтобы их проведи».
*) Г. Липсон, Великие эксперименты в физике, «Мир», 1972, 216 стр., цена 66 коп.
Итак, пропаганда экспериментальной физики. Разумеется, автор не стремился, да и не мог бы ограничиться только описанием или обсуждением экспериментов: он интерпретирует их результаты, показывает, как теонозимосвязаны эксперименты и теоретические построения, которые вместе — только вместе! — и составляют научку, называемую физикой.
Начинает Липсон с простейшего — с проблемы движения, с первых оптовых Галилея. Сейчас они выглядят элементарными, применивыми, но ведь Галилею пришлось начинать с нуля или даже с отрицательной величины, либо ему надо было опровергнуть ряд концепций Аристotelя, оставшихся незыблемыми в течение почти двух тысяч лет.
Размышляя над движением тел, Галилей пришел к выводу, что важно не само движение, а его изменение, а скорость, а ускорение. Но прежде всего нужно было определить понятие «ускорение». Какется, ясно: ускорение — это изменение скорости за единицу времени. Но почему — времени? Можно ведить приять из ускорения и изменение скорости с продолженным расстоянием. Какое определение выбрать, какое из двух соответствует прописскойшим в природу физической процессам? Логическая рассуждение, а затем прямые опыты позволили Галилею выбрать то определение, который мы пользовемся по сейчас день.
Любопытно, как Галилей создает теории мятника. Идею эксперимента подсказали ему наблюдания за колебаниями светильников в церкви под действием капризных сквозников. Эти колебания видели до него миллионы людей, но надо было обладать генциальной проорливостью, чтобы понять все важность этого ничего не применятьного явления. Над было обладать и не задурядной изобретательностью, чтобы использовать… биения собственного сердца, собственный пульс для изменения перiode колебаний этих самых светильников (у Галилея не было иного этаона времени). А вскоре идея мятника легла в основу конструкции часов; теория мятника является впоследствии базой для представления о книетическом и потенциальной энергии; эксперименты же с мятником позволили Ньюотону доказать равенство инертной и gravитационной масс — равенство, от которого отталкивался Эйнштейн, создавая общую теорию относительнойности. Такова целочка, протянувшаяся на три с лишним столей.
Не раз еще читатель встретился на страницах книги Г. Липсона со случами, когда малозначительное явление, на которое обра-
62
63
тил — вольно или невольно — внимание ученый, образчиваюсь величайшим открытом, передко потрясающим всю физика. Здесь и полученадарное яблоко Ньютона, «приведшее» к созданию закона всемирного тяготения, и нагрев металла при сверленнии пушечных столов, позвольший Румфорду высказать идею, что «теллота есть движение», и засеченные фотоплактически Беккерле, от которых отсутствует свой век ядерная физика, и много-много других «случайности».
Невозможно изложить содержание книги Липсона, как невозможно пересказать томик новелл О’Генри. Поэтому мы ограничимся упоминанием лишь неокторных примечательных экспериментов или эпизодов, о которых поведал Липсон.
В небольшей главе «Атмосфера» рассказано о «взвешивании воздуха» Галилеем, о значениях «магдебургских полушариях» Гернике, о работах Торичелли, Виванини, Паскаля по изменению атмосферного давления, об открытии Дальтоном закона парциальных давления, давшем количественное подтверждение atomно-mолекулярной теории. Между прочим, Дальтон впоследствии раззуму рассказывавал разным людям о том, как у него возникла идея строения молекул. Он и сам не знал только, как это произошло. Такое часто случайное в науке, не реже, чем в позицини. Попробуйте выяснить у позта, как у него родилась та или иняй строка, тот или иной образ!
Далее идёт глава «Теллота», в котором читатель наряду с хорошего знакомыми ему именами — Румфорд, Дэви, Фарейгент, Цельсий, Джоуль — встретился и с именем Блэка, работы которого определяли исследование Румфорда и Дэви, но, к сожалению, были полностью опубликованы лишь после смерти ученого. А ведь он первым произведением удельной теллоемкости и, кстати, обнаружил, что удельная теллоемкость рутины, вопроски ожидания, почти в 30 раз меньше, чем у воды.
Много места автор отводит критливым и тщательным измерением удельной теллоемкости самых различных веществ, проведенным французским ученым Дюлонгом и Пти. Подобный утомительный, неглагодарный процесс сбора точных эмпирических данных, который Резерфорд позднее назвал «коллекционированием марок», имеет чрезвычайно важное значение в науке. В данном случае учеными был открыт закон, явившийся первым обобщением в физике твердого тела и неопроверенным доказательством того, что теллота представляет собой форму кинетической энергии. Заканчивается глава описанием открытия ботаником Броунном движения, носшего его имя. В 1905 году Эйнштейн предсказал это явление, не подозревая, что оно уже было открыто почти за 80 лет до него.
Глава, посвязываная газам, естественным образом примыта к двум предыдущим. Она посвязывана работам Бойля, Мариотта,
Гей-Люссака, Шарля, Кельвина, Авогадро, Лавузье, Больцмана, хорошо известным из школьного курса, но изложенным в необучном ракурсе. Здесь особенно отчетливо проявляется взаимодействие сткрытый («Так физика, подобно гусенице, сама себя подтягивает вперед», — образно заменает автор) и heraldedимая связь между результатами экспериментальных исследований и созданием обобщающего теории. Ведь именно универсность от конкретных свойств газов и явилась решаются подвергением гипотезы об atomном строении материи, превращила эту гипотезу в несокрушному теории.
《Мне не очень хотелось писать о звуке в этой книге》, — так начинает автор следующую главу, посвязыванию актике. Почему? Прежде всего по той причине, что ни одно открытие в этой области не привело к возникновению каких-либо фундаментальных общефизических идеей, к переместу существовших представлений. И все же Липсон нашел нужным описать несколько актических опытов, сумев выделить ряд принципальных вопросов и рассмотреть любопытные детали. К примеру, Гернике, чтобы выяснить, распространяется ли звук в воде, обратился к помощи рыб, предвосхитив тем самым значениями опыты И. П. Павлова по изучению условий рефлексов у животных.
Рассмотренное звуковых колебаний помогает автору перейти к описанию оптических процессов. Здесь ярко показана борба двух гипотетов — Ньютона, утверждавшего, что свет есть поток частиц, корпускул, и Гюйгена, отстаивающего волновую теорию света. Отдавая должное Ньютону, Липсон вместе с тем отмечает, что излишее преключение перед авторитетом этого генциального ученого более чем на столете затормозило развитие опытики. Очень подробно обсуждается в этой главе вопросом о том, конечна или бесконечна скорость света; описаны опыты Рёмера, Физо, Фку по ее измерению. Такое внимание к проблеме волне понятно, но скорость света — одна из немногих фундаментальных миров конструктора, которая к тому же лежит в основе теории относительнойности, о чем рассказывается в следующей главе.
Эта глава — единственная в книге, специально отведенная описанию аппаратуры, а именно, оптических инструментов, поскольку они, как справедливо заменает автор, «позвелли не только получить сведения о свете, но и ввести вклад в развитие почти всех остальных областей физики». И можно добавить — не только физики, а также биологии, медицинны, химии, астрономии, технически,повседневного быта. Ведь общные очки — не что иное как простейший оптический прибор; микросокоп, позволяющий Левенгуку проникнуть в мир микроорганизмов — оптический прибор; гипотетический телскопокрымой, принимающий свет длеких миров,— тоже оптический прибор.